水压式沼气池课程设计模板

南昌航空大学固体废物处理课程设计设计名称：水压式沼气池设计

学院：环境与化学工程学院

专业：环境工程

班级：×××

姓名：×××

目录

南昌航空大学 0

固体废物处理课程设计 0

设计名称：水压式沼气池设计 0

学院：环境与化学工程学院 0

专业：环境工程 0

班级：××× 0

姓名：××× 0

1 概论 (2)

1.1 设计任务和内容 (2)

1.1.1 设计内容 (2)

1.1.2 水压式沼气池设计任务 (2)

1.1.3 课程设计原则 (3)

1.1.4 工程设计范围 (3)

1.2 项目的背景及建设的必要性 (3)

1.3 沼气的基本知识 (3)

1.4 水压式沼气池基本知识 (4)

1.4.1 水压式沼气池的特点 (4)

1.4.2 沼气池采用中温厌氧发酵 (4)

2 厌氧发酵工艺流程说明 (4)

3 沼气池体部分的设计计算 (5)

3.1 发酵原料 (5)

3.2 沼气池体部分设计计算 (5)

3.2.1 设计参数 (5)

3.2.2 发酵间的设计 (6)

3.2.3 水压间的设计 (9)

4 配套设施的设计计算 (10)

4.1 换热器的计算 (10)

4.2 吸收塔的计算 (12)

参考文献 (14)

1 概论

1.1 设计任务和内容

1.1.1 设计内容

根据基础资料，设计一个方案，对农业固体废物畜禽粪便和秸秆进行厌氧发酵处理，温度低的时候对原料进行换热，使进口温度满足中温厌氧发酵，出口气体吸收其中的硫化氢，沼气经净化之后达到《恶臭污染物控制标准》（GB14554-93）中二级新扩改建标准。控制标准如表1所示：

表1 恶臭污染物厂界标准值

沼气中的臭气主要为H2S，而H2S的含量为0.034%，经过吸收塔的吸收后就可以达到排放标准。

1.1.2 水压式沼气池设计任务

（1）设计题目

水压式沼气池设计

（2）主要设计任务

①水压式沼气池尺寸设计：沼气池主体容积、高度、直径、水压间容积、高度、直径。

②配套设施：换热器的传热面积、管长、管径、标准换热器选型；吸收塔填料层高度、塔径、总压力等。

③换热器和吸收塔采用间歇式操作，一次厌氧发酵时间为30天，比较冷的月份分两个区间，从1月份到3月份，从10月份到1月份是比较冷的时间，所以需要用到换热器；产生的气体要经过吸收才能达到《恶臭污染物控制标准》，所以要用到吸收塔。

（3）设计目的

①巩固已学过的与环境工程有关的专业知识，特别是厌氧发酵章节；

②领会国家关于环境保护的方针、政策和法规，初步树立正确的环境保护指导思想；

③综合运用所学知识，通过课程设计规定的任务，培养全面考虑和解决问题的能力；

④提高计算、制图等方面的基本技能；

⑤提高运用文献、技术资料和工具书的能力。

（4）基础资料

地基允许承载力≥8t/m2，地下水位在地面下5-6m，水压间有效容积是日产气量的50%，装置内最大气压极限≤800kPa，装置内正常工作气压≤ 784kPa，活载荷≥200kg/m2

1.1.3 课程设计原则

（1）在总体技术路线上要符合我国生活垃圾处理的技术政策，水压式沼气池要符合无害化的总目标。

（2）配套换热器和吸收塔，保证水压式沼气池的温度比较恒定且能有效回收沼气中的二氧化碳。

（3）根据该地区的经济承受能力，尽可能为国家节省建设资金。

1.1.4 工程设计范围

工程设计范围为工艺部分设计计算。

1.2 项目的背景及建设的必要性

随着生活水平的提高和集约式农业的发展，农村固体废物中畜禽粪便和秸秆的产生量越来越大，不及时有效的处理将造成农村环境卫生的破坏。利用普通使用的水压式沼气池进行处理，既可以有效利用资源，又可以产生新的清洁能源——沼气，还可以消除环境污染。水压式沼气池存在能耗低、占地面积不大、处理效果好的优点，但是也存在随季节温度变化工作不稳定等缺点，在设计的过程中需要克服该问题。

1.3 沼气的基本知识

（1）沼气及其产生过程

沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下，通过微生物发酵作用，产生的一种可燃气体。由于这种气体最初是在沼泽、湖泊、池塘中发现的，所以人们叫它沼气。沼气含有多种气体，主要成分是甲烷（CH4）。沼气细菌分解有机物，产生沼气的过程，叫沼气发酵。根据沼气发酵过程中各类细菌的作用，沼气细菌可以分为两大类。第一类细菌叫做分解菌，它的作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳（CO2）等。它们当中有专门分解纤维素的，叫纤维分解菌；有专门分解蛋白质的，叫蛋白分解菌；有专门分解脂肪的，叫脂肪分解菌；第二类细菌叫含甲烷细菌，通常叫甲烷菌，它的作用是把简单的有机物及二氧化碳氧化或还原成甲烷。因此，有机物变成沼气的过程，就好比工厂里生产一种产品的两道工序：首先是分解细菌将粪便、秸秆、杂草等复杂的有机物加工成半成品——结构简单的化合物；再就是在甲烷细菌的作用下，将简单的化合物加工成产品——即生成甲烷。

（2）沼气的成分

沼气是一种混合气体，它的主要成分是甲烷，其次有二氧化碳、硫化氢（H2S）、氮及其他一些成分。沼气的组成中，可燃成分包括甲烷、硫化氢、一氧化碳和重烃等气体；不可燃成分包括二氧化碳、氮和氨等气体。在沼气成分中甲烷含量为55%～70%、二氧化碳含量为28%～44%、硫化氢平均含量为0.034%。

（3）沼气的理化性质

沼气是一种无色、有味、有毒、有臭的气体，它的主要成分甲烷在常温下是一种无色、无味、无臭、无毒的气体。甲烷分子式是CH4，是一个碳原子与四个氢原子所结合的简单碳氢化合物。甲烷对空气的重量比是0.54，比空气约轻一半。甲烷溶解度很少，在20℃、0.1千帕时，100单位体积的水，只能溶解3个单位体积的甲烷。

甲烷是简单的有机化合物，是优质的气体燃料。燃烧时呈蓝色火焰，最高温度可达1400 ℃左右。纯甲烷每立方米发热量为36.8千焦。沼气每立方米的发热量约23.4千焦，相当于 0.55千克柴油或0.8千克煤炭充分燃烧后放出的热量。从热效率分析，每立方米沼